Was ist der Klopfsensor und wie kann man ihn überprüfen?
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Ein Klopferkennungssensor (DD) in den Motorzylindern war in den ersten Motorsteuerungssystemen keine offensichtliche Notwendigkeit, und in den Tagen einfacherer Prinzipien zur Organisation der Stromversorgung und Zündung von Benzin-Verbrennungsmotoren wurde eine abnormale Verbrennung des Gemischs überhaupt nicht überwacht. Doch dann wurden die Motoren komplexer, die Anforderungen an Effizienz und Abgasreinheit stiegen dramatisch an, was zu jedem Zeitpunkt eine höhere Kontrolle über ihre Arbeit erforderte.
Magere und extrem schlechte Gemische, exorbitante Verdichtungsverhältnisse und andere ähnliche Faktoren müssen ständig am Rande der Detonation arbeiten, ohne diese Schwelle zu überschreiten.
Wo befindet sich der Klopfsensor und welche Auswirkungen hat er?
Normalerweise wird DD an einer Gewindebefestigung am Zylinderblock in der Nähe des zentralen Zylinders, näher an den Brennkammern, montiert. Sein Standort wird durch die Aufgaben bestimmt, die er ausführen soll.
Grob gesagt handelt es sich beim Klopfsensor um ein Mikrofon, das ganz bestimmte Geräusche aufnimmt, die von einer Detonationswelle ausgehen, die auf die Wände der Brennräume trifft.
Diese Welle selbst ist das Ergebnis einer abnormalen Verbrennung in den Zylindern bei sehr hoher Geschwindigkeit. Der Unterschied zwischen dem regulären Prozess und dem Detonationsprozess ist der gleiche wie beim Betrieb einer Treibpulverladung in einem Artilleriegeschütz und eines Sprengstoffs, der mit einem Projektil oder einer Granate gefüllt ist.
Schießpulver brennt langsam und drückt, und der Inhalt einer Landmine zerquetscht und zerstört. Der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgrenze. Bei der Detonation ist sie um ein Vielfaches höher.
Um Motorteile keinen Ausfällen auszusetzen, muss die Entstehung einer Detonation rechtzeitig erkannt und gestoppt werden. Früher war es möglich, es sich mit übermäßigem Kraftstoffverbrauch und Umweltverschmutzung leisten zu können, um eine Explosion des Gemisches grundsätzlich zu vermeiden.
Allmählich erreichte die Motorentechnik ein solches Niveau, dass alle Reserven erschöpft waren. Es war notwendig, den Motor zu zwingen, die resultierende Detonation selbständig zu löschen. Und am Motor war ein „Ohr“ zur akustischen Steuerung angebracht, das zum Klopfsensor wurde.
Im Inneren des DD befindet sich ein piezoelektrisches Element, das akustische Signale eines bestimmten Spektrums und Pegels in elektrische umwandeln kann.
Nach der Verstärkung der Schwingungen im Motorsteuergerät (ECU) werden die Informationen in ein digitales Format umgewandelt und an das elektronische Gehirn weitergeleitet.
Ein typischer Betriebsalgorithmus besteht in einer kurzfristigen Ablehnung des Winkels um einen festen Wert, gefolgt von einer schrittweisen Rückkehr zur optimalen Steigung. Eventuelle Reserven sind hier nicht akzeptabel, da sie die Effizienz des Motors verringern und ihn dazu zwingen, in einem suboptimalen Modus zu arbeiten.
Die Verfolgung erfolgt in Echtzeit mit hoher Frequenz, sodass Sie schnell auf das Auftreten eines „Klingelns“ reagieren und verhindern können, dass es zu lokaler Überhitzung und Zerstörung kommt.
Durch die Synchronisierung der Signale mit den Kurbelwellen- und Nockenwellen-Positionssensoren können Sie sogar feststellen, in welchem Zylinder eine gefährliche Situation auftritt.
Arten von Sensoren
Aufgrund der spektralen Eigenschaften gibt es historisch gesehen zwei davon – resonant и Breitband.
Im ersten Fall wird eine ausgeprägte Reaktion auf genau definierte Schallfrequenzen genutzt, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Es ist im Voraus bekannt, welches Spektrum Teile abgeben, die einer Stoßwelle ausgesetzt sind. Auf sie wird der Sensor konstruktiv abgestimmt.
Der Breitbandsensor hat eine geringere Empfindlichkeit, erfasst aber Schwankungen unterschiedlicher Frequenzen. Dadurch können Sie die Geräte vereinheitlichen und müssen ihre Eigenschaften nicht für einen bestimmten Motor auswählen. Eine größere Fähigkeit zur Erfassung schwacher Signale ist nicht sehr gefragt, die Detonation verfügt über ein ausreichendes akustisches Volumen.
Der Vergleich von Sensoren beider Typen führte zum vollständigen Ersatz resonanter DDs. Derzeit werden nur Breitband-Ringkernsensoren mit zwei Kontakten verwendet, die mit einem zentralen Bolzen mit Mutter am Block befestigt werden.
Symptome
Im normalen Motorbetrieb gibt der Klopfsensor keine Gefahrensignale aus und ist in keiner Weise am Betrieb des Steuerungssystems beteiligt. Das ECU-Programm führt alle Aktionen gemäß seinen im Speicher eingenähten Datenkarten aus, reguläre Modi sorgen für eine detonationsfreie Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches.
Bei erheblichen Temperaturschwankungen in den Brennräumen kann es jedoch zur Detonation kommen. Die Aufgabe von DD besteht darin, rechtzeitig ein Signal zu geben, um die Gefahr abzuwehren. Geschieht dies nicht, sind unter der Haube charakteristische Geräusche zu hören, die aus irgendeinem Grund von Autofahrern üblicherweise als Fingergeräusch bezeichnet werden.
Obwohl tatsächlich keine Finger gleichzeitig klopfen und die Hauptlautstärke von der Vibration des Kolbenbodens herrührt, der von einer Welle explosionsartiger Verbrennung getroffen wird. Dies ist das Hauptzeichen für einen abnormalen Betrieb des Klopfkontroll-Subsystems.
Indirekte Anzeichen sind ein spürbarer Leistungsverlust des Motors, ein Temperaturanstieg bis hin zum Auftreten einer Glühzündung und die Unfähigkeit des Steuergeräts, die Situation im Normalmodus zu bewältigen. Die Reaktion des Steuerprogramms ist in solchen Fällen das Zünden der „Check Engine“-Glühbirne.
Normalerweise überwacht das Steuergerät direkt die Aktivität des Klopfsensors. Die Pegel seiner Signale sind bekannt und im Speicher gespeichert. Das System vergleicht die aktuellen Informationen mit dem Toleranzbereich und speichert bei festgestellten Abweichungen gleichzeitig mit der Einbeziehung der Meldung die Fehlercodes.
Hierbei handelt es sich um verschiedene Arten von Über- oder Unterschreitungen des DD-Signalpegels sowie um eine vollständige Unterbrechung seines Stromkreises. Über den Diagnosestecker können Fehlercodes vom Bordcomputer oder einem externen Scanner ausgelesen werden.
Über den Diagnosestecker können Fehlercodes vom Bordcomputer oder einem externen Scanner ausgelesen werden.
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So überprüfen Sie den Klopfsensor
Wenn Sie das Gerät und das Funktionsprinzip des DD kennen, können Sie es auf relativ einfache Weise überprüfen, indem Sie es vom Motor entfernen und an Ort und Stelle, auch direkt am laufenden Motor.
Spannungsmessung
An den vom Zylinderblock entfernten Sensor wird im Spannungsmessmodus ein Multimeter angeschlossen. Durch leichtes Biegen des DD-Körpers mit einem in das Loch der Hülse eingeführten Schraubendreher kann man die Reaktion des eingebauten piezoelektrischen Kristalls auf die Verformungskraft verfolgen.
Das Auftreten einer Spannung am Stecker und ihr Wert in der Größenordnung von zwei bis drei zehn Millivolt zeigen ungefähr den Zustand des piezoelektrischen Generators des Geräts und seine Fähigkeit an, als Reaktion auf mechanische Einwirkung ein Signal zu erzeugen.
Widerstandsmessung
Einige Sensoren enthalten einen eingebauten Widerstand, der als Shunt geschaltet ist. Sein Wert liegt in der Größenordnung von zehn oder hundert kΩ. Eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss im Inneren des Gehäuses kann behoben werden, indem dasselbe Multimeter im Widerstandsmessmodus angeschlossen wird.
Das Gerät sollte den Wert des Shunt-Widerstands anzeigen, da der Piezokristall selbst einen nahezu unendlich großen Widerstand hat, der mit einem herkömmlichen Multimeter nicht gemessen werden kann. In diesem Fall hängen die Messwerte des Geräts auch von der mechanischen Einwirkung auf den Kristall aufgrund der Spannungserzeugung ab, die die Messwerte des Ohmmeters verfälscht.
Überprüfung des Sensors am ECU-Stecker
Nachdem der gewünschte Kontakt des ECU-Controller-Steckers zum Stromkreis des Fahrzeugs ermittelt wurde, kann der Zustand des Sensors unter Einbeziehung der Versorgungskabelkreise umfassender überprüft werden.
Am entfernten Stecker werden die gleichen Messungen wie oben beschrieben durchgeführt, der Unterschied besteht lediglich in einer gleichzeitigen Überprüfung des Kabelzustands. Durch Biegen und Zucken der Drähte wird sichergestellt, dass beim Erscheinen und Verschwinden des Kontakts durch mechanische Vibrationen kein Wanderfehler auftritt. Besonders betroffen sind korrodierende Stellen, an denen Drähte in den Kabelschuhen der Steckverbinder eingebettet sind.
Bei angeschlossenem Computer und eingeschalteter Zündung können Sie das Vorhandensein einer Referenzspannung am Sensor und die korrekte Aufteilung durch externe und eingebaute Widerstände überprüfen, sofern dies in der Schaltung eines bestimmten Fahrzeugs vorgesehen ist.
Normalerweise wird die +5-Volt-Unterstützung ungefähr halbiert und vor dem Hintergrund dieser Gleichstromkomponente ein Wechselstromsignal erzeugt.
Oszilloskop-Check
Die genaueste und vollständigste Instrumentierungsmethode erfordert die Verwendung eines digitalen Speicheroszilloskops für Kraftfahrzeuge oder eines an den Diagnosecomputer angeschlossenen Oszilloskops.
Beim Auftreffen auf den DD-Körper wird auf dem Bildschirm angezeigt, wie stark das piezoelektrische Element in der Lage ist, steile Fronten des Detonationssignals zu erzeugen, ob die seismische Masse des Sensors ordnungsgemäß funktioniert, um fremde gedämpfte Schwingungen zu verhindern, und ob die Amplitude des Ausgangssignals ausreichend ist.
Die Technik erfordert ausreichende Erfahrung in der Diagnose und Kenntnisse über typische Signalmuster eines wartungsfähigen Geräts.
Überprüfung auf einen funktionierenden Motor
Die einfachste Möglichkeit zur Überprüfung erfordert nicht einmal den Einsatz elektrischer Messgeräte. Der Motor springt an und wird mit einer unterdurchschnittlichen Geschwindigkeit angezeigt. Bei mäßigen Schlägen auf den Klopfsensor können Sie die Reaktion des Computers auf das Erscheinen seiner Signale beobachten.
Es sollte zu einem regelmäßigen Rückschlag des Zündzeitpunkts und dem damit verbundenen Abfall der stationären Motordrehzahl kommen. Die Methode erfordert ein gewisses Geschick, da nicht alle Motoren auf solche Tests gleich reagieren.
Manche „bemerken“ das Klopfsignal erst innerhalb einer eher schmalen Phase der Nockenwellendrehung, die noch erreicht werden muss. Tatsächlich kann es nach der Logik des Steuergeräts nicht zu einer Detonation kommen, beispielsweise beim Ausstoßtakt oder zu Beginn des Kompressionstakts.
Austausch des Klopfsensors
DD bezieht sich auf Anlagen, deren Austausch keine Schwierigkeiten bereitet. Der Körper des Geräts ist praktischerweise auf einem Bolzen befestigt. Um ihn zu entfernen, genügt es, eine Mutter abzuschrauben und den elektrischen Stecker zu entfernen.
Manchmal wird anstelle eines Bolzens ein Gewindebolzen im Blockkörper verwendet. Schwierigkeiten können nur bei Korrosion der Gewindeverbindung auftreten, da das Gerät sehr zuverlässig ist und ein Ausbau äußerst selten vorkommt.
Ein Allzweck-Eindringschmiermittel, manchmal auch Flüssigschrauber genannt, hilft dabei.
